吕安成，魏东岚，秦 浦

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

1 引言

红色风化壳适合在长期湿热的气候条件下发育，中国南方拥有优越的水热气候条件，大量不同类型的红色风化壳在此发育[1]。冯志刚、靳建辉、崔之久等学者通过地球化学元素、粒度、磁化率等气候代表性指标，开展大量的关于西南部贵州岩溶台地区、闽中沿海地区、青藏高原主夷平面的研究工作，成果丰硕[2～4]。北方红色风化壳分布相对较少，前人对河北北戴河地区、山东庙岛群岛及辽东半岛南部部分地区[5～7]做了大量研究，但对滨海风化壳研究相对较少。

从晚第三纪时期开始，辽南地区迈入了红土化时代，发育形成了数量较大的厚度不等的红色风化壳[8,9]。辽南地区的风化壳研究对于中国北方滨海风化壳研究的缺失具有重要意义。本文选取辽东半岛南部大连市金州区城山头滨海剖面，通过综合分析剖面地球化学元素特征，探讨其发育程度及古环境信息。

2 样品采集与实验方法

研究区位于大连市金州区城山头海滨地貌国家级自然保护区(39°8′18″N、122°6′4″E)，剖面海拔高度为7.4 m，剖面上层分布有0.5 m砾土层，剖面下层分布有3 m的红色风化壳，红色风化壳底部有下伏基岩露出，其基岩类型为灰岩，沿着垂直剖面沟槽，从下到上等距间隔(25 cm)取11个红色风化壳样品与一个基岩样品，风化壳样品自上到下顺序编号CST1～CST11。

化学元素实验在辽宁师范大学实验中心光谱色谱实验室内完成，使用日本理学公司生产的ZSX PrinmusⅡ型X射线荧光光谱仪进行测量，测试量程范围在0～100%之间。

3 地球化学元素特征

3.1 常量元素分析

常量元素分析结果表明(表1)，SiO2、Al2O3和Fe2O3是城山头红色风化壳氧化物的主要存在形式，占全部元素含量的80.39%，其余各元素含量总和则不足20%。剖面整体元素含量平均值变化表现为：SiO2(47.01%)>Al2O3(21.00%)>Fe2O3(12.91%)>K2O(4.14%)>Na2O(2.33%)>MgO(1.22%)>TiO2(0.94%)>CaO2(0.28%)。从化学元素分布可知，其为较典型的红色风化壳。

标准差指含量平均值数据的离散程度。标准差和元素含量的稳定程度呈正相关[11]。城山头常量元素标准差变化依次为：SiO2(4.83)>Al2O3(1.99)>Fe2O3(1.47)>Na2O(1.18)>MgO(0.98)>K2O(0.80)>CaO(0.09)=TiO2(0.09)。Ti元素是稳定元素，标准方差小。K、Na、Mg三种碱金属元素是易淋失元素，分布在剖面上的含量极低，其标准差波动浮动较小[12]。

与基岩对比，基岩样品主要含量为CaO，其含量超过总含量1/2，含量为68.24%，但在城山头剖面中CaO的含量最低，且标准差与稳定元素TiO2相同，说明城山头剖面中CaO大部分被淋失。常量元素分异明显，尤其是Si、Al、Fe三种主量元素出现明显富集。

表1 城山头剖面常量元素及其CIA值测试结果 %

与同处辽南地区的石槽剖面对比，城山头剖面中Na2O的含量较高，每一个样品的Na2O含量都超过1%，造成这种现象的原因是：城山头红色风化壳是典型的海滨风化壳，其形成后长期处于滨海环境下，在海浪作用下，海水中大量的Na离子被携带在次微米级的海洋飞沫中，以海洋飞沫为载体，伴随空气运动， Na离子进入风化壳内，剖面中Na2O的含量增加。

图1 城山头剖面常量元素含量(%)随深度变化

从图1可知， SiO2质量分数变化波动幅度最大，其次是Fe2O3和Al2O3，三者变化趋势相关性明显。Fe2O3和Al2O3有相似的变化趋势，MgO和Na2O变化趋势相近，Na2O的波动幅度略大 ，K2O和CaO有相似的变化趋势，K2O波动幅度较为明显。Ti作为稳定元素，随深度变化较稳定，波动幅度小。随着风化壳的不断发育，自上而下城山头剖面各元素迁移和富集差异较大，Si的含量减少，Al、Fe两种元素含量增加，这与同处辽南地区的石槽剖面各元素变化的趋势正相反。

3.2 地球化学指标分析

化学蚀变指数是常量元素重要的地球化学指标，其变化趋势能反映出红色风化壳的风化强度[13,14]。CIA值对气候环境具有重要的指示意义，CIA值增大指示风化程度增强。城山头剖面的CIA值范围在61.73～75. 85之间，平均值为70.74，表明城山头风化壳属于中等化学风化阶段，总体处于温暖湿润的气候环境下[15]，但是与南方地区红色风化壳的发育程度相比，城山头红色风化壳的发育程度明显不足。城山头剖面自上而下化学蚀变指数CIA变化趋势都呈现出波动减小的趋势，表明风化壳的风化程度从强变弱，发育的成熟度在逐渐增高。

4 结论

(1)城山头红色风化壳化学元素分布符合典型红色风化壳的基本规律，SiO2、Al2O3和Fe2O3是城山头红色风化壳氧化物的主要存在形式，占全部元素含量的80.39%，其余各元素含量总和则不足20%。剖面各元素迁移和富集差异较大，Ca元素含量亏损严重， Si、Al、Fe三种主量元素出现明显富集，且 Si、Al、Fe含量变化趋势与同处辽南地区的石槽剖面存在差异。

(2)城山头剖面样品Na2O含量都超过1%，城山头红色风化壳是典型的海滨风化壳，其形成后长期处于滨海环境中，在海浪作用下，海水中大量的Na离子被携带在次微米级的海洋飞沫中，以海洋飞沫为载体，伴随空气运动， Na离子进入风化壳内，剖面中Na2O的含量增加。

(3)城山头剖面的化学蚀变指数CIA平均值为70.74，属于中等风化水平，与南方地区红色风化壳的发育程度相比，城山头红色风化壳的发育程度明显不足。化学蚀变指数变化趋势反映出红色风化壳的发育程度较差，自剖面顶部到底部风化壳的风化程度从强变弱，发育的成熟度在逐渐增高。